城市低溫廢熱污染的危害和熱泵技術的利用

李冬梅

摘要：城市污水和廢水中的冷余熱對大氣、水體、土壤、動植物群具有嚴重的后果和危害。熱泵技術不僅可以減少對環(huán)境的危害，還可以降低高水平的能源消耗并提高能源效率。

關鍵詞：余熱污染;低溫余熱;熱平衡;污水源熱泵

引言

目前，供熱設備利用效率低，大量能源以余熱形式消耗，造成余熱污染。通過利用這些熱量來調(diào)節(jié)建筑物的溫度，轉(zhuǎn)換的能源量非常大，尤其是水源熱泵技術的成熟和發(fā)展，對于污水余熱回收利用系統(tǒng)的推廣和應用是可靠的。實際上提供了可以完成的技術。因此，城市污水熱能的有效回收利用將是未來城市利用新能源的主要途徑。

1低溫余熱的種類及危害

1.1空氣余熱污染

由于工業(yè)（鋼鐵、化工、火力發(fā)電、垃圾焚燒等）制造過程中產(chǎn)生的余熱、廢氣、煙氣，溫度在50℃以下，但熱量很大。此外，城市人口密集、產(chǎn)業(yè)集中形成。城市熱島效應明顯高于周邊地區(qū)，部分地區(qū)大氣熱量明顯增加，影響大氣環(huán)流過程。極端天氣事件（大雨、酸雨、颶風、酷暑、暖冬等）經(jīng)常污染工業(yè)區(qū)和城鎮(zhèn)居民的生活環(huán)境，導致病原微生物滋生。并危及居民的健康。這就是空氣垃圾的熱污染。

1.2水余熱污染

隨著城市化進程的推進，城市工業(yè)廢水、生活廢水等城市廢水量顯著增加，這些廢水產(chǎn)生大量余熱，經(jīng)常排放到鄰近的江河湖泊中。廢水的形態(tài)，產(chǎn)生自然水的熱負荷溫度升高，引起水體物理、化學、生物變化，對生態(tài)環(huán)境和人類生產(chǎn)生活活動產(chǎn)生不利影響，造成廢水污染。

2城市污水熱力特性

2.1冬暖夏涼

城市污水最顯著的特點是冬暖夏涼，特別是隨著人們生活水平的不斷提高，這一特點將更加明顯。與河流水溫和水溫相比，城市下水道冬季排入下水道的溫度在冬季最高，排入下水道的下水道溫度在10℃左右，夏季最低，夏季約為.22°C。這種差異是由于城市的污水吸收了城市釋放的大量熱量造成的，在某些地區(qū)這種差異可能更為明顯。

2.2全年水溫小幅波動

城市下水道的溫度變化相對于河流的水溫和氣溫變化較小，1-8月水溫差較小，約12℃，可得到相對穩(wěn)定的水溫狀態(tài)。它可以作為穩(wěn)定的熱源使用多年。

2.3受氣候影響較小

與夜間天氣、陰雨天氣以及受雨水影響的風能和太陽能利用不同，污水的熱能相對穩(wěn)定。

2.4利用熱能的污水處理面積比較大

目前，熱泵技術已經(jīng)從利用熱能對城市污水進行二級處理，發(fā)展到可以直接利用城市一次污水，城市污水管網(wǎng)狀況和用戶需求以及適用區(qū)域。

2.5更高的熱能儲存

在一些大中城市，城市污水占總量的39%，城市越大，熱量需求指數(shù)越高，污水熱量利用率越高。

2.6城市下水道的熱能適合供暖和制冷

城市污水是比較穩(wěn)定的恒溫源，水溫比較穩(wěn)定，水量也比較穩(wěn)定?？紤]到熱容量和熱效率等熱輸出，城市污水是一種很好的低水平清潔冷熱泵系統(tǒng)的地熱源。但從有效使用的角度來看，它不適用于電力，只適合在50℃左右的低溫區(qū)域運行，在該區(qū)域應用潛力很大。城市發(fā)展增加了供暖和制冷的能源消耗，其中大部分來自高級能源產(chǎn)生的數(shù)百甚至數(shù)千度的高溫。由于能源利用率不超過40%，損失了大量能源。使用熱泵技術來滿足城市污水中的這種熱能需求，無疑將節(jié)省大量能源，最大限度地提高能源的整體利用率。

3污水源熱泵系統(tǒng)

3.1污水源熱泵主要技術原理

技術原理是將下水道的熱量和冷量傳遞給建筑物的熱泵的運行機制?？煞譃閮蓚€能量傳遞過程：第一過程：機組介質(zhì)在蒸發(fā)器中需要吸熱蒸發(fā)。介質(zhì)蒸發(fā)溫度為3℃。此時10℃的中間水通過。當熱量通過蒸發(fā)器與介質(zhì)交換并向介質(zhì)釋放熱量時，介質(zhì)吸收熱量并蒸發(fā)。第二過程：機組的高溫高壓介質(zhì)進入冷凝器，冷凝放熱，與系統(tǒng)中的水進行熱交換，輸出蒸發(fā)器吸收的熱量與輸入的熱量之和的過程。實現(xiàn)了。電能給采暖系統(tǒng)的水采暖系統(tǒng)的水向房間釋放熱量，達到取暖的目的。在整個過程中，單元的能量I/O比可以達到4.5。也就是說，如果電機輸入的電能為1kcal，則終端系統(tǒng)獲得的能量為4.5kcal。整個過程消耗少量電能，大量利用污水能源，節(jié)約能源冷凍過程與加熱過程相反。

3.2污水源熱泵技術應用前景

如今，家用污水熱泵技術正在進行深入的理論研究和多項工程技術，日趨完善和成熟，對節(jié)能、水循環(huán)利用和環(huán)境保護具有廣泛而嚴重的影響。這種技術是等效的。與傳統(tǒng)的冬季鍋爐相比。供暖與網(wǎng)絡供暖和夏季中央空調(diào)系統(tǒng)相比，可節(jié)省約30%的初始投資和運營成本。根據(jù)目前的市場情況，轉(zhuǎn)換投資的回收期約為6-7年。熱泵設備不需要燃料運輸成本、儲存成本、排渣運輸成本等，只需兩部分移動，磨損低，通常不需要維護。降低了管理和勞動強度，降低了運營成本。

4熱泵技術的發(fā)展趨勢

現(xiàn)有的發(fā)展趨勢是我國的熱泵的使用會越來越多使用的范圍也是越來越大，在我國的使用用戶中進行燃煤采暖的用戶達到了6000萬，在我國的北方地區(qū)進行取暖的面積達到了相應的210億平方米需要進行相應的新的能源的使用，使用的能源還是相應的煤炭能源，我國的燃煤的消耗是每年可以達到了相應的2億噸需要進行相應的清潔取暖的設備的使用代替了原有的燃煤，提升了我國的整體的環(huán)境和進行不斷地提升，到2021年我國的北方地區(qū)的清潔效率可以達到了70，需要進行相應的區(qū)域的控制和進行建筑物的提升，隨著人們的生活水平的不斷地提升需要進行相應的長江流域的集中供暖和進行能源的大量的節(jié)約和進行大范圍的快速的供暖和進行相應的能源消耗的控制和整個環(huán)境的污染的整體的壓力和進行相應的熱泵的采暖技術的不斷的使用在未來的領域也是廣泛地使用在我國可以進行很多的貢獻。

結論

隨著全社會節(jié)能環(huán)保意識的提高，污水源熱泵的應用領域不斷擴大。除了用于城市公用事業(yè)（供暖和制冷、生產(chǎn)家用熱水）外，還用于食品、生物化學、制藥、種植和養(yǎng)殖、農(nóng)副產(chǎn)品的加工和儲存等領域。社會還充分利用各種可再生冷或余熱源，完善和推廣自己的污水源熱泵技術，為建立節(jié)約型社會提供了科學多樣的發(fā)展空間。

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